CN107819321A - 一种带负荷开关的配电网分布式差动保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带负荷开关的配电网分布式差动保护方法，在配电网各区域节点处分别设置断路器、负荷开关和保护测控装置；各保护测控装置分部对配电网各区域节点处的电压、电流进行采集和同步处理，并计算电压电流向量数据；根据电压电流向量数据进行差动保护计算，得到差动保护数据；基于差动保护数据进行差动保护的逻辑判断，当满足差动保护判据条件时，则跳开保护测控装置所对应的断路器和负荷开关，实现线路的差动保护。本发明实现所有保护区域内电压电路数据采集和交换，使所有保护测控装置具有完全一样的动作行为，在差动保护区内故障时同时动作跳开各自对应断路器和负荷开关，在差动保护区外故障时同时保持本差动保护不动作。
Description
技术领域
本发明涉及一种差动保护方法，具体涉及一种带负荷开关的配电网分布式差动保护方法。
背景技术
随着光伏电站等分布式电源接入配电网的增多，致使配电网中的功率潮流方向产生不确定性，以往基于电流幅值和方向原理的配电网故障识别和隔离方法越来越不能满足现场运行的要求，有必要引入基于电流或功率的差动保护作为配电网保护配置方案。但是以往变电站中的差动保护如果应用到配电网存在以下困难：1)配电网中的断路器相距较远，通过电缆把电流连接到一个集中的差动保护装置不太现实；2)如果采用智能变电站中合并单元分布式同步采样模式，配电网中数量庞大的断路器又难以配置卫星钟对时系统；3)光纤纵差保护中针对异地两个或三个断路器的主从式采样同步方法，也不适合于网络拓扑运行状态有较大不确定性的配电网应用场景。另外在配电网中还大量配置了负荷开关，针对负荷开关不能直接开断故障电流的特性，常规差动保护直接跳开与故障点直连断路器的逻辑也不能满足配电网应用需求。
综上所述，现有技术中对于现有差动保护系统不适用于配电网中的断路器相距较远，且不适合于网络拓扑运行状态有较大不确定性的配电网应用，常规差动保护直接跳开与故障点直连断路器的逻辑也不能满足配电网应用需求的问题，尚缺乏有效的解决方案。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种带负荷开关的配电网分布式差动保护方法，基于分布式布置的保护测控装置，通过各保护测控装置实现各保护区域内差动保护数据采集和交换，根据相同时刻的电压电路向量数据计算所需的差动保护数据，采用基于电流向量的电流型差动保护或采用基于功率的功率型差动保护原理进行差动保护。
本发明所采用的技术方案是：
一种带负荷开关的配电网分布式差动保护方法，包括以下步骤：
步骤1：在配电网各区域节点处分别设置用于断开故障电流的断路器和用于承受故障电流的负荷开关，并在每个断路器和负荷开关的节点处分别配置一台保护测控装置；
步骤2：各保护测控装置分别对断路器和负荷开关的节点处的电压、电流进行采集和同步处理，并计算电压电流向量数据；
步骤3：根据电压电流向量数据进行差动保护计算，得到差动保护数据；
步骤4：基于差动保护数据进行差动保护的逻辑判断，当满足差动保护判据条件时，则跳开保护测控装置所对应的断路器和负荷开关，实现线路的差动保护。
进一步的，所述保护测控装置包括模拟量采集模块、开关量采集模块、开关量输出模块、微处理器和通讯模块，所述模拟量采集模块用于采集断路器和负荷开关的节点处的电流、电压值，并传输至微处理器，所述微处理器将电流、电压值进行处理，得到差动保护数据，并将差动保护数据与存储的保护定值进行比较，若符合差动保护条件，则微处理器向开关量输出模块发送跳闸信号；所述开关量输入模块用于监测断路器和负荷开关状态，并传送相应的断路器和负荷开关状态信息给微处理器；微处理器通过通讯模块与其他保护测控装置进行数据传输。
进一步的，所述保护测控装置对断路器和负荷开关的节点处的电压、电流进行采集和同步处理，包括：
保护测控装置按照设定的采样时间周期对断路器和负荷开关的节点处的电压、电流进行采集；
保护测控装置将采集到电压、电流数据传输至其他保护测控装置，并接收其他测控装置传输的电压、电流数据；
各保护测控装置间进行采集电压、电流数据比较，通过同步方法进行不同保护测控装置间的数据同步。
进一步的，所述同步方法包括：
通过计算各保护测控装置间通讯的特定报文往返时间，得到接收报文侧的通讯延迟时间，通过比较稳定的通讯延迟时间得到接收到报文中数据的采样时刻，以相同时刻采样点作为所有保护测控装置统一起始采样时刻，从而实现不同保护测控装置间数据同步。
进一步的，所述计算电压电流向量数据的具体方法为：
设定固定采样点号和基准电压；
保护测控装置按照设定的固定采样点号计算电压电流向量数据；
按照设定的基准电压，将电压电流向量数据按照预先统一规定的基准电压为零度进行向量转换；
保护测控装置将转换后的电压电流向量数据传输至其他保护测控装置，并接收其他保护测控装置发送的电压电流向量数据。
进一步的，所述根据电压电流向量数据进行差动保护计算，得到差动保护数据，包括：
根据电压电流向量数据计算保护区域内电流矢量和，并将该保护区域内电流矢量和作为差动保护的动作电流Id；
根据电压电流向量数据计算保护区域内的电流有效值之和，并将该保护区域内的电流有效值之和作为差动保护的动作电流Ir。
进一步的，所述基于差动保护数据进行差动保护的逻辑判断，当满足差动保护判据条件时，则跳开保护测控装置所对应的断路器和负荷开关，实现线路的差动保护的具体方法为：
当动作电流Id超过设定的最小门槛值Iset1，且动作电流Id与动作电流Ir的比值超过设定的比率差动系数k时，则满足差动保护判据，判定该保护区域内有短路故障发生，进行差动保护；
断路器节点处的保护测控装置立即动作跳开其对应的断路器，负荷开关节点处的保护测控装置记忆本节点的差动保护动作状态；
待断路器节点处保护测控装置全部动作跳开断路器，且该负荷开关节点处的电流低于额定电流时，负荷开关节点处的保护测控装置动作跳开其对应的负荷开关，同时清除该保护测控装置的差动保护动作记忆状态。
进一步的，所述根据电压电流向量数据进行差动保护计算，得到差动保护数据，包括：
根据电压电流向量数据计算保护区域内有功功率矢量和，并将该保护区域内有功功率矢量和作为差动保护的动作功率Pd；
根据电压电流向量数据计算被保护区域内的有功功率有效值之和，并将该保护区域内的有功功率有效值之和作为差动保护的动作功率Pr。
进一步的，所述基于差动保护数据进行差动保护的逻辑判断，当满足差动保护判据条件时，则跳开保护测控装置所对应的断路器和负荷开关，实现线路的差动保护的具体方法为：
当动作功率Pd超过设定的最小门槛值Pset1，且动作功率Pd与动作功率Pr的比值超过设定的比率差动系数k时，则满足差动保护判据，判定该区域内有短路故障发生，进行差动保护；
断路器节点处的保护测控装置立即动作跳开其对应的断路器，负荷开关节点处的保护测控装置记忆本节点的差动保护动作状态；
待断路器节点处保护测控装置全部动作跳开断路器，且该负荷开关节点处的电流低于额定电流时，负荷开关节点处的保护测控装置动作跳开其对应的负荷开关，同时清除该保护测控装置的差动保护动作记忆状态。
进一步的，还包括：实现线路的差动保护后，每个保护测控装置将差动保护判断结果发送至其他保护测控装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用基于分布式布置的保护测控装置，通过各保护测控装置实现各保护区域内差动保护数据实时采集和交换，根据基于相同时刻的电压电路向量数据计算所需的差动保护数据，采用基于电流向量的电流型差动保护或采用基于功率的功率型差动保护原理进行差动保护；不受配电网潮流方向影响、不受网络拓扑运行状态变化影响，具有较好的选择性、灵活性、可靠性、和快速动作能力；
(2)本发明基于有线或无线网络，实现所有保护区域内电压电路数据同步，使所有保护测控装置具有完全一样的动作行为，在差动保护区内故障时同时动作跳开各自对应断路器和负荷开关，在差动保护区外故障时同时保持本差动保护不动作。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明实施例公开的一种带负荷开关的配电网分布式差动保护方法流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不适合于网络拓扑运行状态有较大不确定性的配电网应用，常规差动保护直接跳开与故障点直连断路器的逻辑也不能满足配电网应用需求的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种带负荷开关的配电网分布式差动保护方法。
如图1所示，本实施例提供了一种带负荷开关的配电网分布式差动保护方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤101：在配电网各区域节点处分别设置用于断开故障电流的断路器和用于断开正常负荷电流只能短时承受故障电流的负荷开关，并在每个断路器和负荷开关的节点处分别配置一台保护测控装置；
步骤102：各保护测控装置分别对断路器和负荷开关的节点处电压、电流进行采集和同步处理，计算电压电流向量数据；同时，各个保护测控装置间通过通讯模块进行数据交互传输，实现数据共享；
步骤103：各保护测控装置对电压电流向量数据进行差动保护计算，得到差动保护数据；
步骤104：各保护测控装置根据差动保护数据进行差动保护的逻辑判断，当满足差动保护判据条件时，则跳开保护测控装置所对应的断路器和负荷开关，实现线路的差动保护。
其中，本实施例中所采用的保护测控装置包括模拟量采集模块、开关量采集模块、开关量输出模块、微处理器和通讯模块，所述模拟量采集模块用于采集断路器和负荷开关的节点处的电流、电压值，并传输至微处理器，所述微处理器将电流、电压值进行处理，得到差动保护数据，并将差动保护数据与存储的保护定值进行比较，若符合差动保护条件，则微处理器向开关量输出模块发送跳闸信号；所述开关量输入模块用于监测断路器和负荷开关状态，并传送相应的断路器和负荷开关状态信息给微处理器；微处理器通过通讯模块与其他保护测控装置进行数据传输。
首先，各保护测控装置分别对断路器和负荷开关的节点处电压、电流进行采集和同步处理，本实施例中各保护测控装置分别对断路器和负荷开关的节点处电压、电流进行采集和同步处理的具体方法为：
步骤201：保护测控装置按照设定的采样时间周期对断路器和负荷开关的节点处电压、电流进行采集；
步骤202：保护测控装置将采集到电压、电流数据传输至其他保护测控装置，并接收其他测控装置传输的电压、电流数据；
步骤203：各保护测控装置间进行电压、电流数据比较，通过同步方法进行不同保护测控装置间的数据同步。
其中，本实施例所采用的同步方法为：
通过计算各保护测控装置间通讯的特定报文往返时间，得到接收报文侧的通讯延迟时间，通过比较稳定的通讯延迟时间得到接收到报文中数据的采样时刻，以相同时刻采样点作为所有保护测控装置统一起始采样时刻，从而实现不同保护测控装置间数据同步。
保护测控装置分部对配电网各区域节点处电压、电流进行采集和同步处理后，对电压电流数据进行向量转换，得到电压电流向量数据，其中，计算电压电流向量数据的具体方法为：
步骤301：设定固定采样点号和基准电压；
步骤302：保护测控装置按照设定的固定采样点号计算电压电流向量数据；
步骤303：按照设定的基准电压，将电压电流向量数据按照预先统一规定的基准电压为零度进行向量转换；
步骤304：保护测控装置将转换后的电压电流向量数据传输至其他保护测控装置，并接收其他保护测控装置发送的电压电流向量数据。
在得到电压电流向量数据后，保护测控装置基于电压电流向量数据进行差动保护计算，得到差动保护数据，本实施例所采用的差动保护原理可以采用基于电流向量的电流型差动保护，也可以采用基于功率的功率型差动保护，其中，基于电流向量的电流型差动保护数据的获取方法为：
根据电流向量数据计算保护区域内电流矢量和，并将该保护区域内电流矢量和作为差动保护的动作电流Id；
根据电流向量数据计算保护区域内的电流有效值之和，并将该被保护区域内的电流有效值之和作为差动保护的动作电流Ir。
将动作电流Id和动作电流Ir作为差动保护数据，基于该差动保护数据进行差动保护判断，即当动作电流Id超过设定的最小门槛值Iset1，且动作电流Id与动作电流Ir的比值超过设定的比率差动系数k时，则满足差动保护判据，判定该区域内有短路故障发生，进行差动保护。
其中，采用基于功率的功率型差动保护数据的获取方法为：
根据电压电流向量数据计算保护区域内有功功率矢量和，并将该保护区域内有功功率矢量和作为差动保护的动作功率Pd；
根据电压电流向量数据计算保护区域内的有功功率有效值之和，并将该保护区域内的有功功率有效值之和作为差动保护的动作功率Pr。
将动作功率Pd和动作功率Pr作为差动保护数据，基于该差动保护数据进行差动保护判断，即当动作功率Pd超过设定的最小门槛值Pset1，且动作功率Pd与动作功率Pr的比值超过设定的比率差动系数k时，则满足差动保护判据，判定该区域内有短路故障发生，进行差动保护。
差动保护时，断路器节点处的保护测控装置立即动作跳开其对应的断路器，负荷开关节点处的保护测控装置记忆本节点的差动保护动作状态。
待断路器节点处保护测控装置全部动作跳开断路器，且该负荷开关节点处的电流低于额定电流时，负荷开关节点处的保护测控装置动作跳开其对应的负荷开关，同时清除该保护测控装置的差动保护动作记忆状态。
在实现线路的差动保护后，每个保护测控装置将差动保护判断结果发送至其他保护测控装置。
基于上步骤，所有保护测控装置应该具有完全一样的动作行为，在差动保护区内故障时同时动作跳开各自对应断路器和负荷开关，在差动保护区外故障时同时保持本差动保护不动作。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
(1)本发明采用基于分布式布置的保护测控装置，通过各保护测控装置实现各保护区域内差动保护数据实时采集和交换，根据基于相同时刻的电压电路向量数据计算所需的差动保护数据，采用基于电流向量的电流型差动保护或采用基于功率的功率型差动保护原理进行差动保护；不受配电网潮流方向影响、不受网络拓扑运行状态变化影响，具有较好的选择性、灵活性、可靠性、和快速动作能力；
(2)本发明基于有线或无线网络，实现所有保护区域内电压电路数据同步，使所有保护测控装置具有完全一样的动作行为，在差动保护区内故障时同时动作跳开各自对应断路器和负荷开关，在差动保护区外故障时同时保持本差动保护不动作。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种带负荷开关的配电网分布式差动保护方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1：在配电网各区域节点处分别设置用于断开故障电流的断路器和用于承受故障电流的负荷开关，并在每个断路器和负荷开关的节点处分别配置一台保护测控装置；
步骤2：各保护测控装置分部对断路器和负荷开关节点处的电压、电流进行采集和同步处理，并计算电压电流向量数据；
步骤3：根据电压电流向量数据进行差动保护计算，得到差动保护数据；
步骤4：基于差动保护数据进行差动保护的逻辑判断，当满足差动保护判据条件时，则跳开保护测控装置所对应的断路器和负荷开关，实现线路的差动保护。
2.根据权利要求1所述的带负荷开关的配电网分布式差动保护方法，其特征是，所述保护测控装置包括模拟量采集模块、开关量采集模块、开关量输出模块、微处理器和通讯模块，所述模拟量采集模块用于采集断路器和负荷开关的节点处的电流、电压值，并传输至微处理器，所述微处理器将电流、电压值进行处理，得到差动保护数据，并将差动保护数据与存储的保护定值进行比较，若符合差动保护条件，则微处理器向开关量输出模块发送跳闸信号；所述开关量输入模块用于监测断路器和负荷开关状态，并传送相应的断路器和负荷开关状态信息给微处理器；微处理器通过通讯模块与其他保护测控装置进行数据传输。
3.根据权利要求1所述的带负荷开关的配电网分布式差动保护方法，其特征是，所述保护测控装置对断路器和负荷开关的节点处的电压、电流进行采集和同步处理，包括：
保护测控装置按照设定的采样时间周期对断路器和负荷开关的节点处的电压、电流进行采集；
保护测控装置将采集到电压、电流数据传输至其他保护测控装置，并接收其他测控装置传输的电压、电流数据；
各保护测控装置间进行电压、电流数据比较，通过同步方法进行不同保护测控装置间的数据同步。
4.根据权利要求31所述的带负荷开关的配电网分布式差动保护方法，其特征是，所述同步方法包括：
通过计算各保护测控装置间通讯的特定报文往返时间，得到接收报文侧的通讯延迟时间，通过比较稳定的通讯延迟时间得到接收到报文中数据的采样时刻，以相同时刻采样点作为所有保护测控装置统一起始采样时刻，从而实现不同保护测控装置间数据同步。
5.根据权利要求1所述的带负荷开关的配电网分布式差动保护方法，其特征是，所述计算电压电流向量数据的具体方法为：
设定固定采样点号和基准电压；
保护测控装置按照设定的固定采样点号计算电压电流向量数据；
按照设定的基准电压，将电压电流向量数据按照预先统一规定的基准电压为零度进行向量转换；
保护测控装置将转换后的电压电流向量数据传输至其他保护测控装置，并接收其他保护测控装置发送的电压电流向量数据。
6.根据权利要求1所述的带负荷开关的配电网分布式差动保护方法，其特征是，所述根据电压电流向量数据进行差动保护计算，得到差动保护数据，包括：
根据电压电流向量数据计算被保护区域内电流矢量和，并将该被保护区域内电流矢量和作为差动保护的动作电流Id；
根据电压电流向量数据计算被保护区域内的电流有效值之和，并将该被保护区域内的电流有效值之和作为差动保护的动作电流Ir。
7.根据权利要求6所述的带负荷开关的配电网分布式差动保护方法，其特征是，所述基于差动保护数据进行差动保护的逻辑判断，当满足差动保护判据条件时，则跳开保护测控装置所对应的断路器和负荷开关，实现线路的差动保护的具体方法为：
当动作电流Id超过设定的最小门槛值Iset1，且动作电流Id与动作电流Ir的比值超过设定的比率差动系数k时，则满足差动保护判据，判定该区域内有短路故障发生，进行差动保护；
断路器节点处的保护测控装置立即动作跳开其对应的断路器，负荷开关节点处的保护测控装置记忆本节点的差动保护动作状态；
待断路器节点处保护测控装置全部动作跳开断路器，且该负荷开关节点处的电流低于额定电流时，负荷开关节点处的保护测控装置动作跳开其对应的负荷开关，同时清除该保护测控装置的差动保护动作记忆状态。
8.根据权利要求1所述的带负荷开关的配电网分布式差动保护方法，其特征是，所述根据电压电流向量数据进行差动保护计算，得到差动保护数据，包括：
根据电压电流向量数据计算被保护区域内有功功率矢量和，并将该被保护区域内有功功率矢量和作为差动保护的动作功率Pd；
根据电压电流向量数据计算被保护区域内的有功功率有效值之和，并将该被保护区域内的有功功率有效值之和作为差动保护的动作功率Pr。
9.根据权利要求8所述的带负荷开关的配电网分布式差动保护方法，其特征是，所述基于差动保护数据进行差动保护的逻辑判断，当满足差动保护判据条件时，则跳开保护测控装置所对应的断路器和负荷开关，实现线路的差动保护的具体方法为：
当动作功率Pd超过设定的最小门槛值Pset1，且动作功率Pd与动作功率Pr的比值超过设定的比率差动系数k时，则满足差动保护判据，判定该区域内有短路故障发生，进行差动保护；
断路器节点处的保护测控装置立即动作跳开其对应的断路器，负荷开关节点处的保护测控装置记忆本节点的差动保护动作状态；
待断路器节点处保护测控装置全部动作跳开断路器，且该负荷开关节点处的电流低于额定电流时，负荷开关节点处的保护测控装置动作跳开其对应的负荷开关，同时清除该保护测控装置的差动保护动作记忆状态。
10.根据权利要求1所述的带负荷开关的配电网分布式差动保护方法，其特征是，还包括：实现线路的差动保护后，每个保护测控装置将差动保护判断结果发送至其他保护测控装置。
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